Kvävets och fosforns kretslopp

Hur stor andel av jordens atmosfär utgörs av kvävgas?

Svar: Cirka 78 %

Varför kan de flesta levande organismer inte använda kvävgas (N₂) direkt ur luften?

Svar: N₂-molekylen är mycket stabil (inert) och svår att bryta upp

Vad kallas processen där bakterier omvandlar kvävgas till ammonium?

Svar: Kvävefixering

Vad händer i sjöar och hav vid övergödning?

Svar: Kraftig algblomning som sedan leder till syrebrist när algerna bryts ned

Var finns den största naturliga reservoaren av fosfor?

Svar: I berggrunden

Förklara steg för steg hur användning av konstgödsel kan leda till syrebrist i en närliggande sjö.

Svar: Konstgödsel innehåller kväve och fosfor. Överskott som inte tas upp av grödorna sköljs ut med regnvatten till sjön. Näringsämnena gör att alger växer kraftigt (algblomning). När algerna dör bryts de ned av bakterier som förbrukar syre. Syrehalten sjunker och djur på botten kan dö.

Förklara varför fosfor är svårare att ersätta i jordbruket än kväve.

Svar: Kväve kan fixeras från luften, som innehåller 78 % kvävgas, med hjälp av bakterier eller industriella processer. Fosfor har ingen atmosfärisk reservoar utan frigörs långsamt genom vittring av berggrund. När fosfor förbrukats ur jordbruksmark måste det tillföras via gödsel eller återvinning.

Beskriv hur fosfor kan återvinnas i samhället.

Svar: Fosfor som vi äter hamnar i avloppsvatten. I reningsverk kan fosfor utvinnas ur avloppsslam och återanvändas som gödsel. Detta minskar behovet av att bryta ny fosfor ur berggrund och minskar risken för övergödning.

Ett jordbruksområde gränsar till en sjö. Bonden använder konstgödsel med kväve och fosfor. Trots att skörden ökar uppstår allvarliga miljöproblem i sjön. Vilken orsakskedja är korrekt?

Svar: B: Överskott av näringsämnen rinner ut i sjön, orsakar kraftig algblomning, och när algerna dör förbrukar nedbrytningen syre så att bottenfaunan kvävs

Tankegång: Näringsämnen som sköljs ut i sjön driver algblomning. Nedbrytning av döda alger förbrukar syre, vilket skapar syrefria bottnar. A, C och D beskriver felaktiga mekanismer.

Två strategier föreslås för att minska kvävebelastningen på Östersjön: (1) minska konstgödselanvändningen, (2) plantera kvävefixerande grödor istället för att tillföra konstgödsel. Vilken analys är korrekt?

Svar: A: Strategi 1 minskar tillförseln av kväve till åkermark, medan strategi 2 tillför kväve biologiskt och kan minska beroendet av konstgödsel men kräver att överskott hanteras

Tankegång: Strategi 1 minskar direkt tillförseln. Strategi 2 utnyttjar biologisk kvävefixering och minskar behovet av konstgödsel, men kräver god hantering för att undvika läckage. B underskattar strategi 1. C och D är felaktiga förenklingar.

Fyra identiska kottbitar placeras i trask, skog, oken, frys i sex manader. Vilken slutsats om nedbrytning stods av data?

Svar: A: Syre och fukt behovs for full nedbrytning - skogen ger mest

Tankegång: Skog (21% O2, 70% fukt, 15C) ger nastan fullständig nedbrytning. Trask (0% syre) anaerob och långsam. Frys stoppar.

Noor undersöker hur kväve rör sig i naturen. Luften innehåller 78 procent kvävgas, men växter kan inte ta upp den direkt. Trots det behöver växter kväve för att tillverka aminosyror och proteiner. Hur tar växter upp det kväve de behöver?

Svar: Växter tar upp nitratjoner och ammoniumjoner med rötterna från markvattnet.

Tankegång: Växter kan inte använda kvävgas direkt från luften. De tar upp kväve som lösta nitratjoner och ammoniumjoner i markvattnet via rötterna.

Liam undersöker kvävets kretslopp och ser att bakterier vid ärtväxters rötter spelar en speciell roll. Han förstår att kvävgas inte kan användas direkt av växter trots att luft innehåller 78 procent kvävgas. Varför kan växter inte ta upp kvävgas direkt?

Svar: De två kväveatomerna i kvävgasmolekylen hålls ihop av en trippelbindning som är svår att bryta.

Tankegång: N₂-molekylen har en N≡N-trippelbindning som är extremt stark och kräver specialiserade kvävefixerande bakterier för att brytas.

Sara läser om kvävets kretslopp och ser att blixtar spelar en roll. I blixten bildas kvävemonoxid som sedan reagerar med vatten. Vad bildas slutligen av kvävemonoxiden och kvävedioxiden efter reaktion med vatten?

Svar: Nitratjoner, NO₃⁻

Tankegång: Blixtar kan få kväve och syre i luften att reagera. Reaktionsprodukterna kan vidare bilda nitratjoner, NO₃⁻, som regn för ner till marken.

Adam läser om tillverkning av konstgödsel. Kvävgas reagerar med vätgas så att ammoniak bildas, och ammoniak kan sedan bilda ammoniumjoner. Processen kräver hög temperatur och högt tryck. Varför är metoden inte hållbar på lång sikt?

Svar: Metoden kräver mycket energi och använder ofta fossilgas, som är en icke förnybar resurs.

Tankegång: Stella beskriver att reaktionen mellan kvävgas och vätgas kräver hög temperatur och högt tryck. Metoden är mycket energikrävande och använder ofta fossilgas som energikälla. Eftersom fossilgas är en icke förnybar resurs är tillverkningen inte hållbar på lång sikt.

Varför behöver fosfor återvinnas i stället för att bara brytas och användas om och om igen?

Svar: Fosfor finns i ändliga gruvresurser och kan föras bort till sjöar och hav där den blir svår att använda igen.

Tankegång: Stella anger att fosfor från gruvor är en ändlig resurs, att tillgången är begränsad och att fosfor därför behöver återvinnas. Om fosfor rinner ut i sjöar och hav blir den så utspädd att den inte går att samla in och använda.

En ärtväxt växer bra i jord med lite mineralgödsel. Vilken process vid rötterna kan ge växten användbart kväve?

Svar: Bakterier bildar ammoniumjoner i jorden

Tankegång: Rätt svar är: Bakterier bildar ammoniumjoner i jorden. Bakterier vid ärtväxters rötter kan omvandla kvävgas till ammoniumjoner.

I ett kretslopp försvinner nitrat ur jorden och N2 återgår till luften. Vilken förändring visas?

Svar: Bakterier omvandlar nitratjoner till kvävgas

Tankegång: Rätt svar är: Bakterier omvandlar nitratjoner till kvävgas. Denitrifikation innebär att bakterier omvandlar nitratjoner till kvävgas.

En växt ska bygga DNA och andra molekyler med ämnet P. Vilken jon kan rötterna ta upp från marken?

Svar: Fosfor i form av fosfatjoner

Tankegång: Rätt svar är: Fosfor i form av fosfatjoner. Växter tar upp fosfor från marken bland annat som fosfatjoner.

På en säck står NPK. Vilken tolkning är kemiskt rimlig när man läser bokstäverna?

Svar: Kväve, fosfor och kalium som näring

Tankegång: Rätt svar är: Kväve, fosfor och kalium som näring. NPK-gödsel innehåller växtnäringsämnena kväve, fosfor och kalium.